CC BY
152
УДК 544.032
В. В. Крымский (д.ф. -м.н., проф.), Е. В. Литвинова (к.т.н., доц.)
Электротехнологические способы изменения свойств воды
Южно-Уральский государственный университет, кафедра электротехники
454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76; тел. (315) 2679014, е-mail: [email protected], [email protected]
V. V. Krimskyi, E. V. Litvinova
Electrotechnological methods of water properties change
South-Urals State University 76, Lenin Pr, 454080, Chelyabinsk, Russia; ph. (315) 2679014, e-mail: [email protected], [email protected]
Рассмотрены способы активации воды: омагни-чивание, электрохимическая и электроимпульс-ная активация. Показано, что электрохимическая и электроимпульсная обработка воды приводят к изменению рН, удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости воды.
Ключевые слова: вода; наносекундный электромагнитный импульс; электроимпульсная обработка; электрохимическая обработка.
Омагничивание воды
Существуют различные способы изменения свойств (активации) воды 1-8. Наибольший резонанс в научной литературе вызвал процесс омагничивания воды 1-4, который заключается в пропускании воды через магнитное поле.
Разными авторами 1-4 измерялись различные параметры воды после магнитной обработки: плотность, вязкость, электропроводность и т. д. Например, после прохождения бидистиллята со скоростью 0.8 м/с через магнитное поле напряженностью Н = 536 кА/м наблюдалось 1 изменение плотности на 0.02—0.025 %, повышение вязкости на 2—3 %, а также уменьшение удельной электропроводности на 6—20 %. Для водопроводной воды 3 при Н = 540 кА/м зафиксировано увеличение pH на 0.15—0.3 ед. При обработке бидистиллята 3 величина pH с 6.36 повысилась до 6.56. Отмечено 4 повышение вязкости дистиллированной воды с удельной электропроводностью 1.5—2 мкСм/м на 1—2 % при Н = 110 кА/м. Отмечено 4 увеличение диэлектрической проницаемости воды после ее обработки магнитным полем. Имеются данные 1 об изменении спектров поглощения воды и растворов. В настоящее время процесс омагничивания воды используется мало в связи с отсутствием стабильности получаемых результатов.
Дата поступления 07.06.10
The methods of water activation are considered: magnetization, electrochemical and electropulse activation. It is shown, that electrochemical and electropulse processing of water results in change of acidity level (pH), specific resistance and dielectric permeability of water.
Key words: water; nanosecond electromagnetic pulses; electropulse processing; electrochemical processing.
Электрохимическая активация
Суть метода электрохимической активации воды (ЭХА) 2,5,6 заключается в пропускании постоянного тока между электродами, которые разделены диафрагмой из плотной ткани. Воду, находящуюся у катода, называют католитом, воду, находящуюся у анода, называют анолитом. Для католита характерна щелочная реакция, для анолита — кислотная.
Основной недостаток работ 2,5,6 заключается в отсутствии систематических исследований влияния на процесс активации и параметры активированной воды напряжения между электродами, времени активации, начальных характеристик воды и др.
Авторами проведены следующие экспериментальные исследования по ЭХА активации воды. Использовался прямоугольный двухкамерный сосуд, изготовленный из органического стекла с объемами камер 1 и 0.5 л. Камеры разделены диафрагмой из брезентовой ткани.
Электроды размером 75x120x5 мм выполнены из графита. При проведении исследований в качестве измеряемых параметров были взяты водородные показатели pH анолита и католита. Для измерения pH использовался прибор pH-673M, его ошибка измерения 0.02% от измеряемой величины pH.
Измерения проводились по следующей методике. Исходная вода с измеренным значе-
Башкирский химический журнал. 2010. Том 17. Жя 4
93
нием рН0 заливалась в обе камеры, источник тока включался на заданное время. Затем из каждой камеры производился отбор 20 мл воды и измерялись значения pH, источник снова включался. Измеренные значения pH представлены в табл. 1.
Таблица 1 Изменение pH водопроводной воды
Время, мин 2 4 8 16 32
и = 50 В. рНо = 7,4 Католит 7 48 7 66 8 27 894 9.42
Анолит 7 32 7 25 7.11 69 6 73
и=юо В. рН0=7,38 Католит 8 57 8 94 942 10.08 10.98
Анолит 7 24 702 6.82 6 38 6.03
и=200 В. рН0=7.36 Католит 90 9.5 10.21 10.97 111
Анолит 7.15 694 6.55 5 95 327
Из табл. 1 видно, что наблюдается непропорциональное изменение значений pH аноли-та и католита от времени активации. При увеличении времени активации происходит незначительное повышение температуры. Величина тока активации несколько уменьшается при увеличении времени активации. Одинаковые абсолютные значения pH можно достичь различными путями. Например, в растворе католита при напряжении 50 В и времени 16 мин значение pH равно 8.94, и почти такое же значение pH (9) получается при напряжении 200 В через 2 мин. Во втором варианте время уменьшается в 8 раз, но электрической энергии требуется почти в 2.5 раза больше. Приведенные примеры показывают, что процесс активации воды может быть оптимизирован по какому-либо параметру.
Известно 5, что при ЭХА происходит изменение химического состава анолита и католита. Эти изменения объясняются диффузией анионов и катионов через диафрагму. Для количественной оценки этих процессов был проведен следующий опыт. Использовалась вышеописанная установка. В обе камеры заливалась водопроводная вода. При напряжении между электродами 200 В в течение 32 мин осуществлялся процесс активации. Затем проводился химический анализ исходной воды и воды из анодной и катодной камер. Химический анализ воды проводился в лаборатории ФГУП «Центр химизации и сельскохозяйственной радиологии «Челябинский», которая аккредитована в системе по аккредитации
аналитических лабораторий. Данные анализа представлены в табл. 2. Из табл.2 видно, что после активации происходит значительное изменение химического состава воды, причем он отличается для анолита и католита по содержанию в них разных химических элементов. Данные табл. 2 позволяют сделать предположение, что метод ЭХА может быть использован для очистки воды от примесей.
Электроимиульсная активация
Известен 7 способ активации воды и водных растворов путем воздействия мощных наносе-кундных электромагнитных импульсов (НЭМИ). В отличие от синусоидальных колебаний в качестве воздействующего импульса используется однополярный импульс тока (рис. 1), который создается специальным генератором.
и, кВ
Рис.1. Импульс тока
В экспериментах использовался генератор НЭМИ типа СЫР со следующими характеристиками: длительность импульса 0.5 не, амплитуда более 6 кВ, импульсная мощность более 1 МВт, частота повторения импульсов до 1000 Гц. Генератор имеет малые габариты 270x90x30 мм, массу 0.5 кг, потребляет от источника 10 Вт. Большая импульсная мощность и малая длительность импульса приводят к возникновению импульсных электромагнитных полей с напряженностью до 10 8 В/м.
Для облучения воды использовался рупорный излучатель, который имеет вид пирамиды с основанием 120x80 мм и высотой 140 мм. Две боковые поверхности пирамиды выполнены из фольгированного стеклотекстолита и со-
Содержание металлов в водопроводной воде, мг/л
Таблица 2
Элемент Са мд N3 К Си Ре гп Мп № Со
Исходная 39.0 28 1 15.0 2.7 0.02 0.15 0.2 0.05 0.08 0.013
Католит 8.8 32.22 32.0 6.5 0.015 006 0.08 0.08 0.06 0.016
Анолит 14.8 20.1 5.0 0.9 0015 0.1 0.1 0.04 0.04 0.01
единены с генератором импульсов коаксиальным кабелем без симметрирующего устройства. Проводящие боковые поверхности рупора покрыты кремнийорганическнм лаком, который устойчив в различных средах при высоких температурах. Стеклянный сосуд с облучаемой водой помещался между проводящими поверхностями рупора.
Измерения характеристик воды проводились в электрохимической ячейке в виде колбы емкостью 50 мл, из химически стойкого стекла. Внутрь колбы впаяны два платиновых электрода размером 20x20 мм, которые расположены параллельно на расстоянии 2.5 мм и образуют плоский конденсатор.
При проведении исследований в качестве измеряемых параметров были взяты водородный показатель pH и электрические характеристики воды. Для измерения pH использовался прибор рН-673М. Электрические параметры : /?с — емкостное сопротивление, т5 — постоянная времени, /? — активное сопротивление и С — емкость измерялись мостом переменного тока Р-5010, погрешность измерений 0.5 % от-измеряемой величины.
По измеренным значениям и т5 вычислялась емкость плоского конденсатора С, который образован платиновыми электродами С=т5/Яс (эквивалентная схема — параллельное соединение М и С). Известно, что емкость плоского конденсатора С с диэлектриком больше воздушного на величину диэлектрической проницаемости е. Измеренное значение емкости при пустой ячейке составило С0=3.59 пф. Зная С и Со, можно определить є раствора, который залит в измерительную ячейку: £=С/С0. По измеренному значению Л и известному объему воды между пластинами вычислялось значение удельного сопротивления р. Результаты измерения характеристик бидистиллята представлены в табл. 3.
. Таблица 3
Характеристики дистиллированной воды после облучения
ние времени облучения не приводит к значительным изменениям характеристик воды.
В табл. 4 представлены экспериментальные данные измерения удельного электрического сопротивления р бидистиллята от времени после облучения. При времени облучения воды 20 мин ее удельное сопротивление р снижается в среднем на 20—22 %. Это уменьшение ^сохраняется в течение 24 ч. Через 96 ч происходит восстановление первоначального значения р.
Таблица 4
Изменение свойств дистиллированной воды
Показа- тель Исх. Облуч., і = 20 мин Через 2ч Через 24 ч Через 96 ч
pH, ад 66 6.7 6.7 6.75 6.6
р, Ом м 1242 1019 997 1024 1219
Данные экспериментов показали, что метод электрохимической активации воды может быть оптимизирован по различным параметрам и может быть использован при очистке воды от примесей.
Сравнение полученных экспериментальных результатов при облучении воды НЭМИ с приведенными в литературе 8-9 показывает, что характер изменений — уменьшение удельного электрического сопротивления и увеличение диэлектрической проницаемости — совпадают с их изменениями при радиолизе воды.
Литература
1. Миненко В. И. Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике,— Харьков: Изд-во ХГУ, 1981,- 96 с.
2. Рассадкин Ю. Г1. Вода обыкновенная и необыкно венная.— М.: Изд-во «Галерея СТО», 2008.— 840 с.
3. Качалов Ю. А. Влияние магнитного поля на время жизни тонких пленок // Труды Новочеркасского политехнического института,— Новочеркасск, 1973,— Т. 270.— С. 63.
4. Вопросы теории и практики магнитной обработ ки воды и водных систем // Сборник статей Новочеркасского политехнического института.— Новочеркасск, 1975,— 265 с.
5. Прилуцкий В. И., Бахир В. М. Электрохими чески активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия.— М: ВНИИИМТ, 1997,- 228 с.
6. Бахир В. М. Современные технические системы для обеззараживания, очистки и активации воды. - М: ВНИИИМТ, 1999,- 84 с.
7. Белкин В. С., Бухарин В. А., Дубровин В. К. и др. Наносекундные электромагнитные импульсы и их применение // Под ред. В. В. Крымского.— Челябинск: Изд. Татьяна Лурье, 2001.— 110 с.
8. Харт Э., Анбар М. Гидратированный электрон,— М.: Атомиздат, 1973.- 230 с.
9. Пикаев А. К. Современная радиационная хи-
мия. Радиолиз газов и жидкостей. — М.: Наука, 1986,- 305 с. '
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
Время Исходная 100 с 200 с 20 мин
pH, ед. 6.7 6.7 6.75 6.85
е, ед. 55.7 56.8 57.1 60.2
Наибольшие изменения pH воды на 0.15 ед. происходят при обработке ее в течение 20 мин, при этом наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости е. Ее величина увеличивается в среднем на 8%. Дальнейшее увеличе-
